import java.util.logging.Level;

public class Sort {


    /**
     * 时间复杂度：O(N^2)
     *     最坏情况下：逆序的  5 4 3 2 1
     *     最好情况下：本身就是有序的  1 2 3 4 5 O(n)
     *              如果数据越有序，直接插入排序越快
     * 空间复杂度：O(1)
     * 稳定性：稳定的排序
     *     本身如果是一个稳定的排序，那么可以实现为不稳定的
     *     但是 如果一个排序 本身就是不稳定，能实现为稳定的排序吗？
     * @param array
     */

    //直接插入排序
    public static void insetSort(int[] array){
        for (int i = 1; i < array.length ; i++) {
            int tmp=array[i];
            int j=i-1;
            for (; j >= 0; j--) {
                if (array[j]>tmp){
                    array[j+1] = array[j];
                }else {
                    array[j+1] = tmp;
                    break;
                }
            }
            array[j+1] = tmp;
        }
    }

    /**
     * 不稳定的
     * 时间复杂度：n^1.3  - n^1.5
     * 空间复杂度：O(1)
     * @param array
     */

    //希尔排序
    public static void shellSort(int[] array){
        int gap = array.length;
        while(gap > 1){
            gap /= 2;  //比如有10个数，第一次就是5 然后2 然后1
            shell(array,gap);
        }
    }

    private static void shell(int[] array, int gap){
        for (int i = gap; i < array.length; i++) {
            int tmp = array[i];
            int j = i - gap;
            for (; j >= 0 ; j--) {
                if (array[j] > tmp){
                    array[j+gap] = array[j];
                }else {
                    array[j+gap] = tmp;
                    break;
                }
            }
            array[j+gap] = tmp;
        }
    }

    /**
     * 选择排序：
     * 时间复杂度：O(N^2)
     *        和数据 是否有序无关
     * 空间复杂度：O(1)
     * 稳定性：不稳定的排序
     * @param array
     */

    //单边选择排序
    public static void selectSort2(int[] array){
        for (int i = 0; i < array.length; i++) {
            int mindIndex = i;
            for (int j = i+1; j < array.length; j++) {
                if (array[j] < array[mindIndex]){
                    mindIndex = j;
                }//找到最小的数的下表
            }
            swap(array,i,mindIndex);
        }
    }

    private static void swap(int[] array,int i,int j){
        int tmp = array[i];
        array[i] = array[j];
        array[j] = tmp;
    }

    //双边选择排序
    public static void selectSort(int[] array){
        int left = 0;
        int right = array.length-1;
        while(left < right){
            int minIndex = left;//找到最小的下标
            int maxIndex = left;//找到最大的下标
            for (int i = left+1; i < right; i++) {
                if (array[i] < array[minIndex]){
                    minIndex = i;
                }
                if (array[i]>array[maxIndex]){
                    maxIndex = i;
                }
            }
            swap(array,left,minIndex);
            if (maxIndex == left){//如果最大值 正好是left下标 此时 把最大值换到了minIndex的位置l
                maxIndex = minIndex;
            }
            swap(array,right,maxIndex);
            left++;
            right--;
        }
    }


    /**
     * 堆排序
     * 时间复杂度：O(n*logN)
     * 空间复杂度：O(1)
     * 稳定性：不稳定
     * @param array
     */
    public static void heapSort(int[] array){
        createHeap(array);
        int end = array.length-1;
        while (end > 0){
            swap(array,0,end);
            siftDown(array,0,end);
            end--;
        }
    }

    private static void createHeap(int[] array){//创建大根堆
        for (int parent = (array.length-1-1)/2; parent >= 0; parent--) {
            siftDown(array,parent, array.length);
        }
    }

    //parent 每棵树的根节点  length 每棵树的结束节点
    private static void siftDown(int[] array, int parent, int length){//向下排序
        int child = 2*parent +1;
        while (child < length){
            if (child +1 <length && array[child]<array[child+1]){
                child++;
            }//找到两个child的最大的一个
            if (array[child] > array[parent]){
                swap(array,parent,child);
                parent = child;
                child = 2*parent +1;
            }else {
                break;
            }
        }
    }


    /**
     * 冒泡排序：
     * 时间复杂度：【讨论 没有优化的情况下，也就是 没有下方的boolean元素和-i操作】
     *           O(N^2)
     *           优化以后 可能会达到O(N)
     * 空间复杂度：O(1)
     * 稳定性：稳定的排序
     * @param array
     */

    //冒泡排序
    public static void bubbleSort(int[] array) {
        for (int i = 0; i < array.length-1; i++) {
            boolean flg = false;
            for (int j = 0; j < array.length-1-i; j++) {
                if(array[j] > array[j+1]) {
                    swap(array,j,j+1);
                    flg = true;
                }
            }
            if(!flg) {
                break;
            }
        }
    }

    /**
     * 时间复杂度：
     *       最坏情况：当数据给定的是1 2 3 4 5 6 7.....有序的情况下 确实是O(n^2)
     *                          9 8 7 6 5 4
     *       最好情况：O(N*logN)
     * 空间复杂度：
     *      最坏情况：O(N)
     *      最好情况：O(logN)
     * 稳定性：
     *      不稳定性
     * @param array
     */
    public static void quickSort(int[] array){
        quick(array,0, array.length);
    }

    //优化，防止出现 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 等等这种有序的情况，减少空间，每次找到中间值 分成两部分
    //eg：9 8 7 6 5 4 3 2 1 0  =》5 8 7 6 9 4 3 2 1 0 左边比9小 右边比9大
    public static void quick(int[] array, int start, int end){
        if (start >= end){
            return;
        }
        if (end - start +1 <= 10){//当需要排序的数据梁小时，用直接插入法 减少递归深度
            insertSortRange(array,start,end);
            return;
        }

        //System.out.println("start: "+start+" end: "+end);
        int midIndex = getMiddleNum(array,start,end);
        swap(array,start,midIndex);

        int pivot = partitionHoare(array,start,end);
        quick1(array,start,pivot-1);
        quick1(array,pivot+1,end);
    }

    private static void insertSortRange(int[] array,int start,int end){
        for (int i = start+1; i <= end ; i++) {
            int tmp = array[i];
            int j = i-1;
            for (;j >=start; j--) {
                if (array[j] >tmp){
                    array[j+1] = array[j];
                }else {
                    array[j+1] = tmp;
                    break;
                }
            }
            array[j+1] = tmp;
        }
    }

    private static int getMiddleNum(int[] array,int left,int right){
        int mid = (left + right)/2;

        if (array[left]<array[right]){
            if (array[mid] < array[left]){
                return left;
            }else if (array[mid] > array[right] ){
                return right;
            }else {
                return mid;
            }
        }else {
            if(array[mid] > array[left]) {
                return left;
            }else if(array[mid] < array[right]) {
                return right;
            }else {
                return mid;
            }
        }
    }


    public static void quick1(int[] array, int start, int end){
        if (start >= end){
            return;
        }
        int pivot = partitionHoare(array,start,end);
        quick1(array,start,pivot-1);
        quick1(array,pivot+1,end);
    }

    //双指针法
    private static  int partition2(int[] array, int left, int right){
        int prev = left;
        int cur = left+1;

        while (cur <= right){
            if (array[cur] < array[left] && array[++prev] != array[cur]){
                swap(array,cur,prev);
            }
            cur++;
        }
        swap(array,prev,left);
        return prev;
    }

    //挖空法
    private static int partition(int[] array, int left, int right){
        int tmp =array[left];
        while (left < right){
            while (left < right && array[right] >=tmp){
                right--;
            }
            array[left] = array[right];
            while (left < right && array[left] <= tmp){
                left++;
            }
            array[right] = array[left];
        }
        array[left] = tmp;//也可以array[right] = tmp;
        return left;
    }

    //hoare法
    private static int partitionHoare(int[] array, int left, int right){
        int tmp = array[left];
        int tmpLeft = left;
        while(left<right) {
            while (left < right && array[right] >= tmp) {
                right--;
            }
            while (left < right && array[left] <= tmp) {
                left++;
            }
            swap(array, left, right);
        }
        swap(array,left,tmpLeft);
        return left;
    }


    /**
     * 归并排序：
     * 时间复杂度：O(N*logN)
     * 空间复杂度：O(N)
     * 稳定性：稳定排序
     * @param array
     */
    public static void mergeSort(int[] array) {
        mergeSortTmp(array,0,array.length-1);
    }

    private static void mergeSortTmp(int[] array,int left,int right){
        if (left >= right){
            return;
        }

        int mid = (left + right)/2;
        mergeSortTmp(array,left,mid);
        mergeSortTmp(array,mid+1,right);
        //通过递归已经将数组分解完成
        //接下来就是实现合并
        merge(array,left,mid,right);
    }

    private static void merge(int[] array,int left, int mid, int right){
        int[] tmp= new int[right-left+1];//创建一个新数组用于存放排列好的数组
        int k = 0;
        int s1 = left;
        int e1 = mid;
        int s2 = mid+1;
        int e2 = right;//合并两个有序数组

        while (s1 <=e1 && s2 <=e2){
            if (array[s1] <= array[s2]){
                tmp[k++] = array[s1++];
            }else {
                tmp[k++] = array[s2++];
            }
        }

        while (s1 <= e1){
            tmp[k++] = array[s1++];
        }
        while (s2 <= e2){
            tmp[k++] = array[s2++];
        }
        //这一步可以保证tmp数组 是有序的
        //最后将tmp数组回归到array数组
        for (int i = 0; i < k; i++) {
            array[i+left] = tmp[i];
        }
    }


    /**
     * 非递归实现 归并排序
     * @param array
     */
    public static void mergeSortNor(int[] array){
        int gap = 1;
        while (gap < array.length){
            for (int i = 0; i < array.length; i = i +gap*2 ) {
                int left = i;
                int mid = left + gap -1;
                if (mid >= array.length){
                    mid = array.length-1;
                }

                int right = mid + gap;
                if (right >= array.length){
                    right = array.length-1;
                }

                merge(array,left,mid,right);
            }
            gap *= 2;
        }
    }

    /**
     * 计数排序：
     * 时间复杂度：O(范围 + n )
     *       范围越大  越慢
     * 空间复杂度：O(范围)
     * 稳定性：
     * @param array
     */
    public static void countSort(int[] array){
        int MaxVal = array[0];
        int MinVal = array[0];
        for (int i = 1; i <array.length ; i++) {
            if (array[i] < MinVal){
                MinVal = array[i];
            }
            if (array[i] > MaxVal){
                MaxVal = array[i];
            }
        }
        int len = MaxVal - MinVal +1;
        int[] count =new int[len];

        //遍历原来的数组array 把每个元素放到对应的计数数组当中 进行计数
        for (int i = 0; i < array.length; i++) {
            int index = array[i];
            count[index-MinVal]++;
        }

        //依次遍历计数数组 o(范围)
        int index = 0;
        for (int i = 0; i < count.length; i++) {
            while (count[i] != 0){
                array[index] = i+MinVal;
                index++;
                count[i]--;
            }
        }
    }

}
